铁路路基病害类型机理及检测
2015-08-17
一.前言
随着铁路事业的不断发展，各种各样的铁路病害成为分布广并且治理难的病害，所以要了解铁路路基病害类型和机理，并作有效的检测，帮助提出解决措施，对铁路路基的养护和治理有重要的作用意义，下面将进一步阐述有关内容。
二.铁路路基病害类型及其原因
1.挤出变形
挤出变形具体表现为路肩隆起、侧沟被挤等，是由土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动引起的。
2.翻浆冒泥
翻浆冒泥分为道床性和基床性两种。道床性是由于道床板结，阻塞路基面降水的顺利排出而形成的。基床性是由于基床土质不良，在列车荷载作用下液化成泥浆，由于荷载的反复作用形成抽吸作用，泥浆受挤压向上冒出。其发展过程一般为道心积水阶段、冒砂阶段、局部翻浆冒泥阶段、区段翻浆冒泥阶段。
3.路基下沉
（一）主要特征和一般表现形式
路基下沉是指路基压实质量不足或基底松软，在水和列车荷载作用下产生局部或较大面积的竖向变形。一般在初期运营时，沉降变形会逐渐减小。但当荷载增加或水渗透导致填料含水量增加，会使路基沉降变形加大。路基下沉可分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。
一般不发生翻浆冒泥，雨季下沉较快，旱季下沉较缓，道碴囊越来越深(一般＞50cm)，有时软卧层较薄，道碴囊较浅时就发展成为挤出。轨道的水平、高低、方向有较频繁，较大的变化，道床石碴因陷入碴囊而逐步减少，每年均须适量补充石碴。路堑处侧沟长年呈湿润状态或有明显的地下水从沟边或沟底渗出。有时有泥浆从轨道一侧的沟边或沟底冒出。
（二）成灾机理
填方处密实度不满足要求，堆填或碾压不够，路基土在自重应力作用下发生欠固结现象。基底地基土存在松软土层，其在列车荷载作用下主固结和次固结时间较长，沉降会持续发展。或是地基处理不当导致的不均匀沉降，引发病害。路基各部分刚度差异，在路基内部内可能造成较大的附加应力，导致路基发生强度破坏。对于刚度较小的路基，也可能产生较大的沉降变形。地下水位的升降，会引起起填料容重、孔压的发生变化，特别是负孔压，会产生较大的附加应力，从而造成路基的附加沉降。另外，水的影响作用会严重影响基床的强度和变形，引发不均匀沉降变形。填料均匀性差，其颗粒组成和工程性质差异，其产生的不均匀沉降变形，亦会导致路基本体局部开裂或沉陷。填方路基过大侧向变形也是导致路基产生差异沉降的一个重要因素。
4.边坡冲刷
指较高大的土质路堑、路堤边坡、岸坡(滨河、河滩、海滩和水库(塘)的路堤边坡)或严蘑风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作用而形成冲沟或冲坑为边坡冲刷。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。
5.路基变坡滑塌
路基变坡滑塌指的是因为黏土质边坡表层受地表水的下渗或者受到地下水的影响，导致表层的土壤含水饱和，而失去了较为稳定的边坡层，造成了浅层变坡的坍塌或者出现溜滑现象。边坡的滑塌造成了路堤溜坍范围不超过轨枕端部，对于路堑地段边坡的路基溜坍，将不会影响到路基基床的稳定性能。
6.陷穴
指路基下及其附近存在洞穴，其坍塌可引起基床和道床突然沉落，轨道悬空，中断行车，甚至造成列车颠覆。陷穴病害分为黄士陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。
7.滑坡
指影响路基稳定的土(岩)体滑动。分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。
8.冻害
发生在寒冷地区，如路基上为透水性较差的细粒土，当含水量较高或基面积水，在冻结过程中，中水重新分布和聚集形成冰块，又引起不均匀的冻胀现象。
9.水浸路基
指实际浸水超过设计水位的路基，被水浸或淹没，引起一定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。
三.铁路路基病害产生的机理
1.病害的发生取决于特定的地质环境
2.病害的发生与相应的气候变化和列车振动荷载息息相关
前者是病害发生的内因。后者是病害发生的外因。对某一具体的线路来讲，其地质条件是客观存在，虽然它也在不断地发生变化，但基本上是一种较为稳定的量，因此，在一定程度上路基病害的发生频率和程度将取决于气象水文条件和列车长期重复振动荷载的影响，路基病害的产生和发展是各项因素综合作用的结果。观测表明，在列车轮轴荷载的重复作用下，路基的渐进破坏主要表现为过大的塑性变形，这种塑性变形累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动，并产生路基病害。
研究表明：产生这些病害(破坏)的原因在很大程度上依赖于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性，而后者与土的饱和度密切相关。随着饱和度的增大，土的动强度(即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态的最大偏应力比)将显著降低。处于轨道下方的路基土因反复受到挤压和固结而产生过大的累积塑性变形，从而形成所谓的道碴坑以及枕木下方的积水坑。尤其是在雨季，基床填土含水量达到饱和状态，动强度显著减小，从而使道床工作性能急剧下降，甚至会导致线路产生严重的不平顺而影响行车安全。
四.铁路路基病害的检测方法
为了有效的整治铁路路基的病害，首先要进行准确到位的病害检测，深入的分析路基病害的原因。按照铁路既有线路的特征，铁路路基的检测不能影响或者少影响列车的形式，因此需要采取的监测手段，要最大程度上实现快速、准确，减少因为病害检测造成的不便可采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对线路进行试验检测，具体步骤和方法如下：
1.在病害多发地段进行开挖横沟，查明路基的几何特征
2.使用探地雷达法以及瞬态面波法
探地雷达法的优点是能够直观反映出道床的几何形态而且表层分辨率高，能够实现路基结构分层的探明；能够探测出路基病害的类型及程度和具体位置，此法可以用来分析道床、路基各个土层的地质情况；其测量的数据为基床的电性参数，不能给出路基的力学特性。因为高频信号的限制和道砟的散射，瞬态面波法表层状况无法精确地反映出土层的真实状况，探地雷达法很好的弥补了这方面的不足，而瞬态面波法能够随深度的变化准确反映出路基土的力学参数，能够测试到比较深的深度，弥补了探地雷达法不能给出路基的力学特性的不足。对铁路线路路基病害的检测，主要就是检测路基表层和其下路基土的承载能力，综合运用两种检测方法，能够实现很好的检测路基的目的。
3.对铁路路基强度，路基刚度等参数的分析
重型动力触探是进行路基力学性能的探测为主，是按照击数×10cm-1来标线路基各个位置的力学性能的参数指标，击数越高表明路基土质的性能越好，路基的强度也就越，能够从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能，以更好的进行路基状况的分析。轻型动力触探与重型动力触探原理基本上是相同的，只是重型动力触探以击数×30cm-1来展现铁路路基，每个位置的力学性能指标。针对现有的铁路线路的特征，对现有路基测试要按照原位以及区段测试相结合的测试措施，这样能够实现对既有铁路路基的基本状况，进行一个综合的评价，为铁路路基病害的预防和处理提供实际的资料。
五.结束语
总之，铁路路基病害的类型各种各样，针对不同类型提出不同的检测方法和解决措施很有必要，这样才能彻底有效地解决铁路路基病害，使铁路正常进行运营。
